CN110903684A - 防尘涂料组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了防尘涂料组合物及其制备方法和应用。所述方法包括制备溶胶的步骤，溶胶中的分散粒子为无机氧化物，其中，制备溶胶的步骤包括：将溶胶的前驱体、水解催化剂和一部分有机溶剂混合，搅拌，以便得到第一混合液；将另一部分有机溶剂和水混合，搅拌，以便得到第二混合液；将第二混合液和第一混合液混合，以便得到第三混合液；第三混合液在一定温度下反应一定时间，以便得到所述溶胶。由此，制备方法简单、易操作，工艺成熟，易于工业化生产；制备的溶胶的交联性好、成膜性佳，可以使得利用该方法制备的防尘涂料组合物制备的防尘涂层具有较好的致密性，进而提高防尘效果。

Description

防尘涂料组合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体的，涉及防尘涂料组合物及其制备方法和应用。

背景技术

灰尘在产品表面富集，不仅影响产品的外观，造成细菌滋生，而且会显著改变产品的能效和使用效果，因此，灰尘的集聚已成为家用电器领域的重要痛点。从家电实际应用需求来看，防尘技术已成为行业的共性需要，无论是在扇叶表面、空调管道、家用吸尘器部件，还是在太阳能光伏发电板等场合，都对防尘提出了相应的技术要求。

防尘涂层技术是目前最常见的技术，市面的防尘涂料主要以抗静电涂料和低表面能涂料为主。抗静电涂料是通过添加有机或无机的导电剂提高涂层的导电性能，从而减少静电实现减少灰尘吸附，但其效果并不明显，且仅对因静电吸附的灰尘有效，而对含油脂，皮屑等其他方式粘附的灰尘没有效果；低表面能涂料包括氟碳涂料、UV光固化氟碳涂料和有机硅涂层等等，主要是通过含氟基团或含硅涂层的低表面能特性，降低灰尘的粘附力，达到降低灰尘吸附在基材上的目的，但这种涂层对小颗粒，特别对粒径在10微米以下(如PM2.5)的灰尘效果较差。

因此，关于防尘涂料组合物及其制备方法的研究有待深入。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种防尘涂料组合物的制备方法，利用该方法制备的防尘涂料组合物制备的防尘涂层的防尘效果佳、易清洗、应用范围广或者易于制备。

在本发明的一方面，本发明提供了一种制备防尘涂料组合物的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括制备溶胶的步骤，所述溶胶中的分散粒子为无机氧化物，其中，制备所述溶胶的步骤包括：将所述溶胶的前驱体、水解催化剂和一部分有机溶剂混合，搅拌，以便得到第一混合液；将另一部分所述有机溶剂和水混合，搅拌，以便得到第二混合液；将所述第二混合液和所述第一混合液混合，以便得到第三混合液；所述第三混合液在一定温度下反应一定时间，以便得到所述溶胶。由此，制备方法简单、易操作，工艺成熟，易于工业化生产；由上述方法制备的溶胶相比现有的溶胶的交联性更好、成膜性更佳，可以使得利用该方法制备的防尘涂料组合物制备的防尘涂层具有较好的致密性，进而提高防尘效果，溶胶以及防尘涂料组合物的优异稳定性可保证该防尘涂层在各种需防尘、防污的条件下工作时，依然具有优异的稳定性和强有力的粘附力，进而保证其较长的使用年限；且上述溶胶中的分散粒子使得制备的防尘涂层具有微纳结构，防尘涂层表面的微纳结构可以减小粉尘与防尘涂层表面的接触面积，降低粉尘在防尘涂层上的粘附力，进而降低粉尘在防尘涂层表面上的堆积；上述方法制备的防尘涂料组合物的固化温度较低，便于制备防尘涂层，降低成本；此外，上述方法制备的溶胶中的分散粒子的表面具有大量的羟基，不仅可以提高防尘涂料组合物以及最终制备得到的防尘涂层的亲水性，使得防尘涂层更易清洗，而且部分羟基之间发生脱水反应(以氧化钛溶胶为例，分散粒子氧化钛表面的Ti-OH基团之间相互脱水生成Ti-O-Ti结构)，从而提高最终制备的防尘涂层的致密性，进而更进一步的提高防尘效果。

根据本发明的实施例，所述第一混合液中进一步包括有机硅氧烷和成膜剂中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述无机氧化物包括氧化硅、氧化钛、氧化锌和氧化锡中的至少一种；任选地，所述有机硅氧烷选自甲基三乙氧基硅烷、二甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

根据本发明的实施例，基于所述第一混合液和所述第二混合液的总质量，按质量百分数计算，包括：所述前驱体0.1％～10％；所述成膜剂0～5％；所述水解催化0.1％～1％；所述有机溶剂80％～99％；所述有机硅氧烷0.02％～1％；水0.1％～10％。

根据本发明的实施例，所述第三混合液的反应条件包括以下至少之一：所述第三混合液的pH为2～6；反应温度为20℃～80℃；反应时间为1小时～24小时。

根据本发明的实施例，所述分散粒子的粒径为10纳米～500纳米，优选地，所述分散粒子的粒径为50纳米～200纳米。

根据本发明的实施例，所述溶胶的固含量为1％～50％。

根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：将所述溶胶、助溶剂、润湿剂和附着力促进剂混合，以便得到所述防尘涂料组合物。

根据本发明的实施例，基于所述防尘涂料组合物的总质量，按质量百分数计算，包括：所述溶胶1％～50％；所述助溶剂48.5％～99％；所述润湿剂0.01％～1％；所述附着力促进剂0.01％～1％。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种防尘涂料组合物。根据本发明的实施例，所述防尘涂料组合物是前面所述的方法制备得到的。由此，所述防尘涂料组合物稳定性好、成膜性佳，可以使得利用该防尘涂料组合物制备的防尘涂层具有较好的致密性、稳定性和附着力，进而在提高防尘效果的同时，保证该防尘涂层在各种需防尘、防污的条件下工作时，依然具有优异的稳定性和强有力的粘附力，进而保证其较长的使用年限；且上述溶胶中的分散粒子使得制备的防尘涂层具有微纳结构，防尘涂层表面的微纳结构可以减小粉尘与防尘涂层表面的接触面积，降低粉尘在防尘涂层上的粘附力，进而降低粉尘在防尘涂层表面上的堆积；上述防尘涂料组合物的固化温度较低，便于制备防尘涂层，降低成本；此外，溶胶中的分散粒子的表面具有大量的羟基，不仅可以提高防尘涂料组合物以及最终制备得到的防尘涂层的亲水性，使得防尘涂层更易清洗，而且部分羟基之间发生脱水反应(以氧化钛溶胶为例，分散粒子氧化钛表面的Ti-OH基团之间相互脱水生成Ti-O-Ti结构)，从而提高最终制备的防尘涂层的致密性，进而更进一步的提高防尘效果。

在本发明的又一方面，本发明提供了一种防尘涂层。根据本发明的实施例，所述防尘涂层是由前面所述的防尘涂料组合物制备得到的，所述防尘涂层具有微纳结构。该防尘涂层性能较佳、性质稳定、寿命较长，可以应用于各种需要防尘、抗污的环境中；且防尘涂层具有微纳结构，防尘涂层表面的微纳结构可以减小粉尘与防尘涂层表面的接触面积，降低粉尘在防尘涂层上的粘附力，进而降低粉尘在防尘涂层表面上的堆积，在一些实施例中，采用标准灰模拟防尘实验，防尘效率可以达到80％以上；当该防尘涂层应用于空调等家电中的部分结构时，可以大大降低那些结构的积尘量，进而延长家电的清洗周期，以及提高家电的工作效率。

根据本发明的实施例，所述防尘涂层满足以下条件至少之一：所述微纳结构中的凸起的高度为10纳米～500纳米；所述凸起之间的间距为10纳米～500纳米；所述防尘涂层的厚度为10纳米～3微米。

在本发明的又一方面，本发明提供了一种家用电器。根据本发明的实施例，包括前面所述的防尘涂层。由此，该家用电器的积尘量少，进而不仅可以延长清洗周期，还可以提高家用电器的工作效率。

附图说明

图1是本发明一个实施例中制备溶胶的方法流程图。

图2是实施例1、对比例1和对比例2中防尘涂层的AFM图。

图3是实施例1、对比例1和对比例2中防尘涂层的扫描电镜图。

图4是实施例1、对比例1和对比例2中防尘涂层的模拟粉尘粘附测试结果的照片图。

图5是实施例1、对比例1和对比例2中风轮的粘尘测试结果的照片图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本发明的一方面，本发明提供了一种制备防尘涂料组合物的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括制备溶胶的步骤，溶胶中的分散粒子为无机氧化物，其中，参照图1，制备溶胶的步骤包括：

S100：将溶胶的前驱体、水解催化剂和一部分有机溶剂混合，搅拌，以便得到第一混合液。

根据本发明的实施例，为了得到性能较佳的防尘涂料组合物以及制备防尘效果较优的防尘涂层，无机氧化物包括氧化硅、氧化钛、氧化锌和氧化锡中的至少一种。由此，材料来源广泛，使用效果较佳，可以使得制备的防尘涂层具有较佳的均匀性和在基材上的粘附力，且溶胶的化学性能稳定，粒径可调性高，可根据实际需求灵活设计防尘涂层的结构，其中，氧化钛溶胶具有两性离子以及光催化特性，可以实现对不同电荷的粒子低粘附和污渍的催化降解作用，可以更好的实现降低带不同电荷的粉尘的粘附力和污渍的催化降解能力；此外，制备的溶胶可使得最终制备的防尘涂层具有微纳结构，防尘涂层表面的微纳结构可以减小粉尘与防尘涂层表面的接触面积，降低粉尘在防尘涂层上的粘附力，进而降低粉尘在防尘涂层表面上的堆积。

需要说明的是，本文中的“微纳结构”具体是指微米和纳米共存的分层结构，如微米结构上存在纳米结构(如荷叶表面)或者由纳米单元组成微米单元但还具有纳米单元的特征且兼具微米单元的特征。文中的“固化”是指的将防尘涂料组合物固化成膜的过程，即将乳液状的防尘涂料组合物转变为固态的过程。

根据本发明的实施例，溶胶的前驱体的具体种类没有限制要求，本领域技术人员可以根据溶胶的具体种类灵活选择。在本发明的一些实施例中，溶胶为氧化钛溶胶，前驱体包括但不限于钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯等；在本发明的又一些实施例中，溶胶为氧化锌溶胶，前驱体包括但不限于醋酸锌，氯化锌，正硅酸乙酯，正硅酸丁酯，正硅酸异丙酯等。由此，可以得到性能较佳的溶胶。

根据本发明的实施例，水解催化剂的种类也没有限制要求，本领域技术人员可以根据具体的溶胶种类进行灵活选择，只要可以促进前驱体的水解，得到溶胶即可。在本发明的一些实施例中，溶胶为氧化硅溶胶、氧化钛溶胶或氧化锡溶胶时，水解催化剂可以选择有机酸或无机酸，比如盐酸、硝酸、醋酸、硫酸、月桂酸或马来酸酐中的至少一种，其中酸的浓度没有限制要求，本领域技术人员根据实际需求灵活设计即可。由此，水解效果佳，反应易于控制。在本发明的另一些实施例中，溶胶为氧化锌溶胶时，水解催化剂可以为碱液，比如氨水等。由此，水解效果佳，反应易于控制。

根据本发明的实施例，有机溶剂的种类也没有限制要求，本领域技术人员根据具体的溶胶种类进行灵活选择即可，在本发明的实施例中，有机溶剂包括但不限于乙醇、异丙醇等溶剂。

S200：将另一部分有机溶剂和水混合，搅拌，以便得到第二混合液。

根据本发明的实施例，有机溶剂在步骤S100和步骤S200中分两次加入，这两次分别加入的有机溶剂之间的比例没有限制要求，本领域技术人员根据实际需求灵活选择即可，在此不作限制要求。

S300：将第二混合液和第一混合液混合，以便得到第三混合液。

根据本发明的实施例，将第一混合液和第二混合液，在水的作用下使得前驱体水解，得到溶胶。为了便于控制反应的速率以及反应效率，可以将第二混合液缓慢滴加到第一混合液中。

根据本发明的实施例，为了保证水解反应的顺利进行，形成第三混合液后可通过调整第三混合液的pH来提高水解反应的速率和效率。比如，溶胶为氧化硅溶胶、氧化钛溶胶或氧化锡溶胶时，通过酸将第三混合液的pH调整为2～6，比如2、3、4、5或6；溶胶为氧化锌溶胶时，可通过氨水将第三混合液调整为7～11。由此，可以更好的促进前驱体的水解程度，提高反应效率，得到含量更高的溶胶，其中，还可以通过调整pH具体值，可以控制调节制备得到的溶胶的粒径。

根据本发明的实施例，为了提高由该防尘涂料组合物制备的防尘涂层的防尘效果和溶胶的成膜性，第一混合液中进一步包括有机硅氧烷和成膜剂中的至少一种。由此，有机硅氧烷的加入，可以有效改善溶胶中的分散粒子的表面特性，在溶胶中的分散粒子的表面形成修饰基团(包括甲基、乙基、长链烷基、含氟长链烷基和全氟聚醚中的至少一种)，在后续制备防尘涂层时可以改进防尘涂层的结构和成膜性，使得粉尘在防尘涂层表面上具有更低的粘附力，此外，如前所述，当要求防尘涂层具有较好的亲水性，以便于清洁时，可以选择不加入有机硅氧烷；成膜剂的加入，可以进一步提高溶胶的成膜性，进而提高由此制备的防尘涂层的性能，并且使得该防尘涂料组合物可以适用于在各种基材(比如不锈钢、玻璃或塑料等基材)，扩大使用范围。

根据本发明的实施例，有机硅氧烷选自甲基三乙氧基硅烷、二甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷(NH550)、γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(NH560)和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(NH570)中的至少一种。由此，本领域技术人员可以根据所需的修饰基团，选择不同的有机硅氧烷。成膜剂选自正硅酸乙酯、正硅酸丙酯和正硅酸丁酯等中的至少一种。由此，使用效果佳。

根据本发明的实施例，基于第一混合液和第二混合液的总质量，按质量百分数计算，包括：前驱体0.1％～10％(比如0.1％、0.5％、1％、3％、5％、6％、7％、9％或10％)；成膜剂0～5％(比如0、0.5％、1％、2％、3％、4％或5％)；水解催化0.1％～1％(比如0.1％、0.3％、0.5％、0.7％、0.9％或1％)；有机溶剂80％～99％(比如80％、82％、85％、87％、90％、95％、97％或99％)；有机硅氧烷0.02％～1％(比如0.02％、0.04％、0.06％、0.08％、0.1％、0.2％、0.5％、0.7％、0.9％或1％)；水0.1％～10％(比如0.1％、0.5％、1％、3％、5％、6％、7％、9％或10％)。由此，由上述比例的原料制备的溶胶的性能最佳，具有适宜的粒径和修饰基团，进而大大提高由该溶胶制备的防尘涂层的防尘效果。

S400：第三混合液在一定温度下反应一定时间，以便得到溶胶。

根据本发明的实施例，本领域技术人员可以根据所需分散粒子的粒径以及前驱体的水解程度，调节第三混合液的反应温度和反应时间。在本发明的一些实施例中，反应温度为20～80℃，比如20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃或80℃，反应时间为1～24小时，比如为1小时、3小时、5小时、8小时、10小时、15小时、20小时或24小时。由此，可以制备得到所需粒径的分散粒子，控制前驱体的水解程度。

根据本发明的实施例，在水解反应形成溶胶的过程中，分散粒子表面会形成大量的羟基等亲水性基团，由此便可以提高制备的该防尘涂料组合物的亲水性，进而提高所制备的防尘涂层的亲水性，达到易清洗的目的，此外，上述部分的羟基会发生脱水反应(以氧化钛溶胶为例，分散粒子氧化钛表面的Ti-OH基团之间相互脱水生成Ti-O-Ti结构)，从而提高防尘涂层的致密性。

根据本发明的实施例，为了提高由该防尘涂料组合物制备的防尘涂层性能(比如致密性、成膜性等)，溶胶的固含量为1％～50％，比如1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％。由此，便于制备防尘涂层，提高其致密性，进而提高制备得到的防尘涂层的性能。

根据本发明的实施例，为了提高由上述防尘涂料组合物制备的防尘涂层的防尘效果，所述分散粒子的粒径为10纳米～500纳米(即分散粒子的粒径在10纳米～500纳米范围内分布)，比如，可以为10纳米、20纳米、30纳米、40纳米、50纳米、60纳米、70纳米、80纳米、90纳米、100纳米、120纳米、140纳米、160纳米、180纳米、200纳米、230纳米、250纳米、300纳米、350纳米、400纳、450纳米或500纳米。如前所述，防尘涂层具有的微纳结构是由制备防尘涂层的溶胶中的分散粒子形成的，可通过调节分散粒子粒径的大小调节微纳结构的大小，进而使得防尘涂层结构致密均匀，且防尘涂层表面的微纳结构具有适宜高度的凸起，使得防尘涂层和粉尘中间形成一定大小的空隙，以此来降低粉尘与防尘涂层表面之间的接触面积，进而降低粉尘在防尘涂层表面上的粘附力，在风、重力或雨水冲刷的外界力干扰条件下，粉尘容易抖落，以达到较佳的防尘效果，所以该防尘涂层特别适合在风扇、空调或吸尘器等外界扰动的环境下使用；若分散粒子的粒径小于10纳米，则形成的微纳结构相对不明显，即微纳结构中的凸起的高度相对较低，不能很好的降低粉尘和防尘涂层的接触面积，即粉尘在防尘涂层表面上的粘附力相对较大，进而相对降低防尘涂层的防尘效果；若分散粒子的粒径大于500纳米，则相对会增大防尘涂层中溶胶之间的间隙，降低防尘涂层在基材上的附着力，进而可能发生防尘涂层脱落的现象，而且还有可能使得小粒径的粉尘与防尘涂层之间无法形成一定的空隙，即无法降低粉尘与防尘涂层之间的接触面积，进而最终影响防尘效果。

在本发明的一些实施例中，分散粒子的粒径为50纳米～200纳米。由此，由上述防尘涂料组合物形成的防尘涂层的防尘最佳，且防尘涂层在基材上的粘附力较强，保证其具有较长的使用寿命。

根据本发明的实施例，上述的微纳结构对粉尘的具体种类没有限制要求，可以是因静电吸附的粉尘，也可是油脂、皮屑等粘附性粉尘，而且对小粒径的粉尘也有较佳的防尘效果。

根据本发明的实施例，上述制备防尘涂料组合物的方法进一步包括：将所述溶胶、助溶剂、润湿剂和附着力促进剂混合，以便得到防尘涂料组合物。由此，各个组分的相互配合使得防尘涂料组合物具有更佳优异的稳定性、粘附力等性能，进而保证的由此涂覆制备的防尘涂层具有优异的防尘效果和稳定性。

根据本发明的实施例，为了得到性能较佳的防尘涂料组合物以及制备防尘效果较优的防尘涂层，助溶剂选自乙醇、异丙醇、乙二醇、乙二醇单丁醚、丁醇、丁酮、乙酸乙酯和乙酸丁酯中的至少一种；润湿助剂选自有机硅流平剂(比如BYK349)、含氟聚醚硅油(比如BYK340)和有机硅润湿剂(比如DEGO420或DEGO430)中的至少一种；附着力促进剂选自功能性硅烷偶联剂、过氧化二苯甲酰(BPO)和偶氮二异丁(AIBN)中的至少一种。由此，材料来源广泛，使用效果较佳，助溶剂可以促进各个组分均匀的融合，润湿剂可以改善溶胶的表面张力和渗透性，使其能够更好地润湿基材，从而提高防尘涂料组合物在基材上的附着力，附着力促进剂可以进一步提高防尘涂料组合物在基材上的粘附力，保证涂覆该防尘涂料组合物形成的防尘涂层的稳定性，上述各个组分的相互配合使得防尘涂料组合物具有优异的稳定性、粘附力等性能，进而保证的由此涂覆制备的防尘涂层具有优异的防尘效果和稳定性。

根据本发明的实施例，为了得到性能较佳的防尘涂料组合物，进而制备防尘效果较佳的防尘涂层，基于所述防尘涂料组合物的总质量，按质量百分数计算，包括：所述溶胶1％～50％，比如1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％；所述助溶剂48.5％～99％，比如48.5％、49％、55％、90％、95％、或99％；所述润湿剂0.01％～1％，比如0.01％、0.05％、0.1％、0.3％、0.5％、0.7％或1％；所述附着力促进剂0.01％～1％，比如0.01％、0.05％、0.1％、0.3％、0.5％、0.7％或1％。由此，该防尘涂料组合物性能较佳，易于涂覆，由该防尘涂料组合物制备的防尘涂层性能稳定，外观致密美观，无裂纹，防尘效果优良，在基材上的粘附力也较佳，不易受到外界的破坏；相比上述范围内的配比，由其他配比的防尘涂料组合物制备的防尘涂层相对防尘效果较差，外观可能会有开裂等缺陷。

发明人发现，上述制备方法至少具有以下技术效果：

1、制备方法简单、易操作，工艺成熟，易于工业化生产；

2、由本申请的方法制备的溶胶相比现有的溶胶的交联性更好、成膜性更佳、活性基团较多，可以使得利用该方法制备的防尘涂料组合物制备的防尘涂层具有较好的致密性，进而提高防尘效果，溶胶以及防尘涂料组合物的优异稳定性可保证该防尘涂层在各种需防尘、防污的条件下工作时，依然具有优异的稳定性和强有力的粘附力，进而保证其较长的使用年限；

3、本申请的溶胶的存在使得制备的防尘涂层具有微纳结构，防尘涂层表面的微纳结构可以减小粉尘与防尘涂层表面的接触面积，降低粉尘在防尘涂层上的粘附力，进而降低粉尘在防尘涂层表面上的堆积；

4、本申请的方法制备的防尘涂料组合物的固化温度较低，便于制备防尘涂层，降低成本；

5、本申请的方法制备的溶胶中的分散粒子的表面具有大量的羟基，不仅可以提高防尘涂料组合物以及最终制备得到的防尘涂层的亲水性，使得防尘涂层更易清洗，而且部分羟基之间发生脱水反应(以氧化钛溶胶为例，分散粒子氧化钛表面的Ti-OH基团之间相互脱水生成Ti-O-Ti结构)，从而提高最终制备的防尘涂层的致密性，进而更进一步的提高防尘效果。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种防尘涂料组合物。根据本发明的实施例，所述防尘涂料组合物是前面所述的方法制备得到的。由此，所述防尘涂料组合物稳定性好、成膜性佳，可以使得利用该防尘涂料组合物制备的防尘涂层具有较好的致密性、稳定性和附着力，进而在提高防尘效果的同时，保证该防尘涂层在各种需防尘、防污的条件下工作时，依然具有优异的稳定性和强有力的粘附力，进而保证其较长的使用年限；且上述溶胶的存在使得制备的防尘涂层具有微纳结构，防尘涂层表面的微纳结构可以减小粉尘与防尘涂层表面的接触面积，降低粉尘在防尘涂层上的粘附力，进而降低粉尘在防尘涂层表面上的堆积；上述防尘涂料组合物的固化温度较低，便于制备防尘涂层，降低成本；此外，溶胶中的分散粒子的表面具有大量的羟基，不仅可以提高防尘涂料组合物以及最终制备得到的防尘涂层的亲水性，使得防尘涂层更易清洗，而且部分羟基之间发生脱水反应(以氧化钛溶胶为例，分散粒子氧化钛表面的Ti-OH基团之间相互脱水生成Ti-O-Ti结构)，从而提高最终制备的防尘涂层的致密性，进而更进一步的提高防尘效果。

在本发明的又一方面，本发明提供了一种防尘涂层。根据本发明的实施例，所述防尘涂层是由前面所述的防尘涂料组合物制备得到的，所述防尘涂层具有微纳结构。该防尘涂层性能较佳、性质稳定、寿命较长，可以应用于各种需要防尘、抗污的环境中；且防尘涂层具有微纳结构，防尘涂层表面的微纳结构可以减小粉尘与防尘涂层表面的接触面积，降低粉尘在防尘涂层上的粘附力，进而降低粉尘在防尘涂层表面上的堆积，在一些实施例中，采用标准灰模拟防尘实验，防尘效率可以达到80％以上；当该防尘涂层应用于空调等家电中的部分结构时，可以大大降低那些结构的积尘量，进而延长家电的清洗周期，以及提高家电的工作效率。

根据本发明的实施例，为了提高防尘涂层的防尘效果，防尘涂层满足以下条件至少之一：

所述微纳结构中的凸起的高度为10纳米～500纳米；(即凸起的高度在10纳米～500纳米范围内分布)，比如，可以为10纳米、20纳米、30纳米、40纳米、50纳米、60纳米、70纳米、80纳米、90纳米、100纳米、120纳米、140纳米、160纳米、180纳米、200纳米、230纳米、250纳米、300纳米、350纳米、400纳、450纳米或500纳米。由此，上述微纳结构使得防尘涂层结构致密均匀，防尘涂层表面的微纳结构具有适宜高度的凸起，使得防尘涂层和粉尘中间形成一定大小的空隙，以此来降低粉尘与防尘涂层表面之间的接触面积，进而降低粉尘在防尘涂层表面上的粘附力，在风、重力或雨水冲刷的外界力干扰条件下，粉尘容易抖落，以达到较佳的防尘效果，所以该防尘涂层特别适合在风扇、空调或吸尘器等外界扰动的环境下使用；若微纳结构中的凸起的高度低于10纳米，则微纳结构相对不明显，不能很好的降低粉尘和防尘涂层之间的接触面积，即粉尘在防尘涂层表面上的粘附力相对较大，进而相对降低防尘涂层的防尘效果；若微纳结构中的凸起的高度高于500纳米，则需采用粒径较大的氧化物颗粒，而粒径较大的氧化物颗粒会相对增大防尘涂层中颗粒间的间隙，进而降低防尘涂层在基材上的附着力，最终影响防尘效果，此外，高度较高的凸起不稳定，容易收到外界的损坏，进而破坏防尘涂层的表面，影响防尘效果。在本发明的一些实施例中，微纳结构中的凸起的高度100纳米～200纳米，由此，防尘涂层的防尘效果最佳。

如前所述，防尘涂层具有的微纳结构是由制备防尘涂层的溶胶中的分散粒子形成的，可通过调节溶胶粒径的大小调节微纳结构的大小，进而使得防尘涂层结构致密均匀，且使得防尘涂层表面的微纳结构具有上述适宜高度的凸起。

所述凸起之间的间距为10纳米～500纳米(即凸起之间的间距在10纳米～500纳米范围内分布)，比如，可以为10纳米、20纳米、30纳米、40纳米、50纳米、60纳米、70纳米、80纳米、90纳米、100纳米、120纳米、140纳米、160纳米、180纳米、200纳米、230纳米、250纳米、300纳米、350纳米、400纳、450纳米或500纳米。由此，该范围内的微纳结构，可以更进一步的降低粉尘与防尘涂层表面之间的接触面积，提高防尘效果；相对上述范围内的微纳结构，微纳结构中的凸起之间的间距过大或者过小，都相对不利于降低粉尘与防尘涂层表面的接触面积，具体地：若凸起之间的间距小于10纳米，则形成的微纳结构相对不明显，不能很好的降低粉尘和防尘涂层之间的接触面积，即粉尘在防尘涂层表面上的粘附力相对较大，进而相对降低防尘涂层的防尘效果；若凸起之间的间距大于500纳米，则有可能使得小粒径的粉尘与防尘涂层之间无法形成一定的空隙或者空隙相对性较小，即无法较好的降低粉尘与防尘涂层之间的接触面积，进而最终影响防尘效果。

所述防尘涂层的厚度为10纳米～3微米，比如，可以为10纳米、50纳米、80纳米、100纳米、150纳米、200纳米、300纳米、500纳米、700纳米、900纳米、1微米、1.5微米、2微米、2.5微米或3微米。由此，该厚度的防尘涂层表面的微纳结构具有适宜高度的凸起，保证较好的防尘效果；若防尘涂层的厚度小于10纳米，防尘涂层整体厚度较薄，会相对降低防尘涂层的均匀性，进而影响防尘涂层在基材上的附着力，进而相对降低防尘效果；若防尘涂层厚度大于3微米，不仅会造成原料的浪费，且会相对降低防尘涂层在基材上的附着力。在本发明的一些实施例中，防尘涂层的厚度为100纳米～300纳米，由此，防尘效果最佳，且该厚度小于可见光波长(可见光波长为380纳米～780纳米)，不易产生彩虹纹，可进一步防止彩虹纹对涂覆防尘涂层的产品的外观造成不必要的影响，保证上述产品的外观不受防尘涂层的影响。

在本发明的又一方面，本发明提供了一种家用电器。根据本发明的实施例，包括前面所述的防尘涂层。由此，该家用电器的积尘量少，进而不仅可以延长清洗周期，还可以提高家用电器的工作效率。

根据本发明的实施例，该防尘涂层易于用水清洁，可适用于不锈钢、玻璃或塑料等多种基材，所以本申请对上述家用电器的具体种类没有限制要求，只要有防尘的需要，即可在所需防尘的部位的表面上设置上述的防尘涂层，进而达到防尘的效果。在本发明的实施例中，上述电器的具体种类包括但不限于空调器、风扇、洗衣机、冰箱、微波炉、电饭煲或吸尘器等等，以空调器为例，可以在空调器的风轮、换热器、过滤网、底盘、面板、导风部件等容易积灰的结构的表面上设置本申请的防尘涂层，以达到防尘的效果。

实施例

实施例1

制备防尘涂层的步骤：

1、基材清洗：采用酒精或其他方式充分清洁ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料)表面；

2、通过以下步骤制备防尘涂料组合物：

步骤一：制备氧化钛溶胶，各反应组分按照质量分数计：

氧化钛溶胶的制备方法，包括以下步骤：

将钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、醋酸、一部分乙醇和十八烷基三乙氧基硅烷按照一定比例混合，制成溶液A，用搅拌器搅拌均匀；

将另外一部分乙醇和水按照一定比例混合，搅拌均匀制成溶液B，缓慢滴加到60℃下搅拌中的溶液A中，形成混合物C，并用盐酸将PH值为2；

混合物C在60℃下反应6小时，形成平均粒径为110nm、具有有机修饰基团修饰的氧化钛溶胶；

步骤二：制备防尘涂料组合物，各组分按照以下比例混合：

3.将防尘涂料组合物用喷涂的方式喷到清洁后的ABS塑料表面，60℃下干燥2小时，得到防尘涂层，其主要性能测试结果参见表1，防尘涂层的AFM(原子力显微镜)图参照图2中的(a)，扫描电镜图参照图3中的(a)，防尘涂层模拟粉尘粘附测试结果参见图4中的(a)，当该防尘涂层设置在空调器的风轮上时，其防尘效果图参照5中的(a)，需要说明的是，为了更加准确地计算防尘效率，实验时将风轮分为两部分，在风轮的左半边涂覆防尘涂层，在风轮的右半边不涂覆防尘涂层，所以计算防尘率的时候，取的空白实验是按照右半边计算的，这样可以消除系统误差。

实施例2

制备防尘涂层的步骤：

1、基材清洗：采用酒精或其他方式充分清洁ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料)表面；

2、通过以下步骤制备防尘涂料组合物：

步骤一：制备氧化钛溶胶，各反应组分按照质量分数计：

氧化钛溶胶的制备方法，包括以下步骤：

将钛酸四异丙酯、正硅酸甲酯、盐酸、一部分甲醇和二甲基三乙氧基硅烷按照一定比例混合，制成溶液A，用搅拌器搅拌均匀；

将另外一部分甲醇和水按照一定比例混合，搅拌均匀制成溶液B，缓慢滴加到60℃下搅拌中的溶液A中，形成混合物C，并用盐酸将PH值为1；

混合物C在70℃下反应3小时，形成平均粒径为190nm、具有有机修饰基团修饰的氧化钛溶胶；

步骤二：制备防尘涂料组合物，各组分按照以下比例混合：

(1)氧化钛溶胶 5％

(2)乙醇 40％

(3)异丙醇 54.9％

(4)BYK 3400.08％

(5)AIBN 0.02％

3.将防尘涂料组合物用喷涂的方式喷到清洁后的ABS塑料表面，60℃下干燥2小时，得到防尘涂层，其主要性能测试结果参见表1。

实施例3

制备防尘涂层的步骤：

1、基材清洗：采用酒精或其他方式充分清洁ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料)表面；

2、通过以下步骤制备防尘涂料组合物：

步骤一：制备氧化钛溶胶，各反应组分按照质量分数计：

(1)钛酸四丁酯 2％

(2)硝酸 0.3％

(3)异丙醇 96.7％

(4)水 1％

氧化钛溶胶的制备方法，包括以下步骤：

将钛酸四丁酯、硝酸和一部分异丙醇按照一定比例混合，制成溶液A，用搅拌器搅拌均匀；

将另外一部分异丙醇和水按照一定比例混合，搅拌均匀制成溶液B，缓慢滴加到60℃下搅拌中的溶液A中，形成混合物C，并用盐酸将PH值为4；

混合物C在常温下反应24小时，形成平均粒径为60nm的氧化钛溶胶；

步骤二：制备防尘涂料组合物，各组分按照以下比例混合：

(1)氧化钛溶胶 50％

(2)乙醇 40％

(3)乙二醇单丁醚 9.9％

(4)BYK 3490.04％

(5)BPO 0.06％

3.将防尘涂料组合物用喷涂的方式喷到清洁后的ABS塑料表面，60℃下干燥2小时，得到防尘涂层，其主要性能测试结果参见表1。

实施例4

制备防尘涂层的步骤：

1、基材清洗：采用酒精或其他方式充分清洁PET塑料(聚对苯二甲酸乙二醇酯)表面；

2、通过以下步骤制备防尘涂料组合物：

步骤一：制备氧化钛溶胶，各反应组分按照质量分数计：

(1)钛酸四丁酯 3.5％

(2)正硅酸乙酯 1％

(3)马来酸酐 0.1％

(4)乙醇 90.2％

(5)全氟辛基三甲氧基硅烷 0.2％

(6)水 5％

氧化钛溶胶的制备方法，包括以下步骤：

将钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、马来酸酐、一部分乙醇和全氟辛基三甲氧基硅烷按照一定比例混合，制成溶液A，用搅拌器搅拌均匀；

将另外一部分乙醇和水按照一定比例混合，搅拌均匀制成溶液B，缓慢滴加到50℃下搅拌中的溶液A中，形成混合物C，并用盐酸将PH值为2；

混合物C在50℃下反应4小时，形成平均粒径为40nm、具有有机修饰基团修饰的氧化钛溶胶；

步骤二：制备防尘涂料组合物，各组分按照以下比例混合：

3.将防尘涂料组合物用喷涂的方式喷到清洁后的PET塑料表面，60℃下干燥2小时，得到防尘涂层，其主要性能测试结果参见表1。

实施例5

制备防尘涂层的步骤：

1、基材清洗：采用酒精或其他方式充分清洁玻璃表面；

2、通过以下步骤制备防尘涂料组合物：

步骤一：制备氧化钛溶胶，各反应组分按照质量分数计：

(1)钛酸四丁酯 2％

(2)正硅酸乙酯 1％

(3)盐酸 0.5％

(4)乙醇 95.5％

(5)水 1％

氧化钛溶胶的制备方法，包括以下步骤：

将钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、盐酸、一部分乙醇按照一定比例混合，制成溶液A，用搅拌器搅拌均匀；

将另外一部分乙醇和水按照一定比例混合，搅拌均匀制成溶液B，缓慢滴加到70℃下搅拌中的溶液A中，形成混合物C，并用盐酸将PH值为2.5；

混合物C在70℃下反应6小时，形成平均粒径为120nm的氧化钛溶胶；

步骤二：制备防尘涂料组合物，各组分按照以下比例混合：

(1)氧化钛溶胶 20％

(2)乙醇 70％

(3)异丙醇 9.9％

(4)DEGO 4200.04％

(5)NH 5500.06％

3.将防尘涂料组合物用喷涂的方式喷到清洁后的玻璃表面，60℃下干燥2小时，得到防尘涂层，其主要性能测试结果参见表1。

实施例6

制备防尘涂层的步骤：

1、基材清洗：采用酒精或其他方式充分清洁不锈钢(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料)表面；

2、通过以下步骤制备防尘涂料组合物：

步骤一：制备氧化钛溶胶，各反应组分按照质量分数计：

氧化钛溶胶的制备方法，包括以下步骤：

将钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、硝酸、一部分异丙醇和三氟丙基三甲氧基硅烷按照一定比例混合，制成溶液A，用搅拌器搅拌均匀；

将另外一部分异丙醇和水按照一定比例混合，搅拌均匀制成溶液B，缓慢滴加到50℃下搅拌中的溶液A中，形成混合物C，并用盐酸将PH值为2；

混合物C在50℃下反应12小时，形成平均粒径为180nm、具有有机修饰基团修饰的氧化钛溶胶；

步骤二：制备防尘涂料组合物，各组分按照以下比例混合：

(1)氧化钛溶胶 20％

(2)乙醇 70％

(3)异丙醇 9.9％

(4)DEGO 4200.04％

(5)BPO 0.06％

3.将防尘涂料组合物用喷涂的方式喷到清洁后的不锈钢表面，60℃下干燥2小时，得到防尘涂层，其主要性能测试结果参见表1。

对比例1

制备防尘涂层的步骤：

1、基材清洗：采用酒精或其他方式充分清洁ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料)表面；

2、制备防尘涂料组合物，各组分按照以下比例混合：

其中，氧化钛粒子溶液为将氧化钛粒子分散到3％的酒精溶液中，氧化钛粒子的平均粒径25nm，为市售的德固赛P25；

3.将防尘涂料组合物用喷涂的方式喷到清洁后的ABS塑料表面，60℃下干燥2小时，得到防尘涂层，其主要性能测试结果参见表1，防尘涂层的AFM(原子力显微镜)图参照图2中的(b)，扫描电镜图参照图3中的(b)，防尘涂层模拟粉尘粘附测试结果参见图4中的(b)，当该防尘涂层设置在空调器的风轮上时，其防尘效果图参照5中的(b)，需要说明的是，为了更加准确地计算防尘效率，实验时将风轮分为两部分，在风轮的左半边涂覆防尘涂层，在风轮的右半边不涂覆防尘涂层，所以计算防尘率的时候，取的空白实验是按照右半边计算的，这样可以消除系统误差。

通过上述表征和测试可知，该实施例中获得的防尘涂层不够致密，凹凸结构(防尘涂层表面的微纳结构)不均一，最终导致防尘效率较低，这主要是由于市售的钛溶胶中的氧化钛粒子表面没有足够多的具有反应性的-OH，因此无法在固化条件下相互反应交联成致密的涂层，也就难以形成均一的凹凸结构，且不够致密，最终导致防尘效率下降。

对比例2

制备防尘涂层的步骤：

1、基材清洗：采用酒精或其他方式充分清洁ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料)表面；

2、制备防尘涂料组合物，各组分按照以下比例混合：

其中，氧化钛粒子溶液为将氧化钛粒子分散到3％的酒精溶液中，氧化钛粒子的平均粒径110nm，为市售碱性钛溶胶；

3.将防尘涂料组合物用喷涂的方式喷到清洁后的ABS塑料表面，60℃下干燥2小时，得到防尘涂层，其主要性能测试结果参见表1，防尘涂层的AFM(原子力显微镜)图参照图2中的(c)，扫描电镜图参照图3中的(c)，防尘涂层模拟粉尘粘附测试结果参见图4中的(c)，当该防尘涂层设置在空调器的风轮上时，其防尘效果图参照5中的(c)，需要说明的是，为了更加准确地计算防尘效率，实验时将风轮分为两部分，在风轮的左半边涂覆防尘涂层，在风轮的右半边不涂覆防尘涂层，所以计算防尘率的时候，取的空白实验是按照右半边计算的，这样可以消除系统误差。

由上述表征和测试可知，采用碱性钛溶胶制备的防尘涂层产生较多的空隙结构，对粉尘有锚定倾向，在风或重力，或雨水冲刷的外界力干扰条件下，灰尘不容易抖落，防尘涂层的防尘效果较差。

表1性能测试结果

由表1可知，实施例3和5中的溶胶未经过有机硅氧烷修饰，其亲水性较佳，便于清洗；

实施例1-6均比对比例1-2的防尘效率高，即实施例1-6均比对比例1-2的防尘效果佳，说明本申请的防尘涂料组合物制备的防尘涂层具有优异的防尘效果；实施例3附着力较差的原因是因为实例3的步骤一的制备过程中不含有正硅酸乙酯，也不含有硅烷偶联剂，纯的氧化钛溶胶由于活性较强，-OH基团多，成膜过程中反应剧烈，容易造成涂层开裂，导致成膜性变差，附着力差。添加正硅酸乙酯(Si-OH的反应性小于Ti-OH)和少量硅烷偶联剂可以减缓成膜过程中的剧烈反应；实施例1-6中的防尘涂层的耐磨性也较佳。

防尘效率＝(空白基材沾尘量-防尘涂层沾尘量)/空白基材沾尘量。

防尘涂层耐磨性是采用聚酯纤维或者纯棉的抹布蘸取5％的洗洁精溶剂，以不大于750g的力度进行500次的往复式擦拭实验，防尘涂层没有发白、粉化、皱皮、起泡、斑点、剥落等不良现象，即为PASS，否则为NG。

防尘涂层附着力是根据GBT9286-1998色漆和清漆漆膜的划痕实验进行测试的。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种制备防尘涂料组合物的方法，其特征在于，包括制备溶胶的步骤，所述溶胶中的分散粒子为无机氧化物，

其中，制备所述溶胶的步骤包括：

将所述溶胶的前驱体、水解催化剂和一部分有机溶剂混合，搅拌，以便得到第一混合液；

将另一部分所述有机溶剂和水混合，搅拌，以便得到第二混合液；

将所述第二混合液和所述第一混合液混合，以便得到第三混合液；

所述第三混合液在一定温度下反应一定时间，以便得到所述溶胶。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一混合液中进一步包括有机硅氧烷和成膜剂中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述无机氧化物包括氧化硅、氧化钛、氧化锌和氧化锡中的至少一种；

任选地，所述有机硅氧烷选自甲基三乙氧基硅烷、二甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述第一混合液和所述第二混合液的总质量，按质量百分数计算，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三混合液的反应条件包括以下至少之一：

所述第三混合液的pH为2～6；

反应温度为20℃～80℃；

反应时间为1小时～24小时。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散粒子的粒径为10纳米～500纳米，优选地，所述分散粒子的粒径为50纳米～200纳米。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的方法，其特征在于，所述溶胶的固含量为1％～50％。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括：

将所述溶胶、助溶剂、润湿剂和附着力促进剂混合，以便得到所述防尘涂料组合物。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，基于所述防尘涂料组合物的总质量，按质量百分数计算，包括：

10.一种防尘涂料组合物，其特征在于，是由权利要求1～9中任一项所述的方法制备得到的。

11.一种防尘涂层，其特征在于，是由权利要求10所述的防尘涂料组合物制备得到的，所述防尘涂层具有微纳结构。

12.根据权利要求11所述的防尘涂层，其特征在于，所述防尘涂层满足以下条件至少之一：

所述微纳结构中的凸起的高度为10纳米～500纳米；

所述凸起之间的间距为10纳米～500纳米；

所述防尘涂层的厚度为10纳米～3微米。

13.一种家用电器，其特征在于，包括权利要求11或12所述的防尘涂层。

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